高強預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的設(shè)計和施工技術(shù)淺析

【摘 要】本文通過工程實例對高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在基礎(chǔ)中的設(shè)計和施工作了分析，并通過樁基礎(chǔ)檢測資料來論證設(shè)計的準(zhǔn)確性，為該地區(qū)以后樁基礎(chǔ)的設(shè)計和施工提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】高強預(yù)應(yīng)力管樁 基礎(chǔ) 設(shè)計 施工

High-strength prestressed pipe pile foundation design and construction of Technical

Duan Xu-song

(Panzhihua MCC Shijiu Prospect Design Co.， Ltd.，Panzhihua Sichuang 617023)

【Abstract】In this paper， examples of high-strength engineering prestressed concrete pilesin the base of the design and construction were analyzed， and through the pile foundation inspection data to prove the accuracy of the design of the region， after the pile foundation design and construction of reference.

【Key words】High-strength prestressed pipe pile; Foundation; Design; Construction

1. 工程概況 

中冶實久(防城港)設(shè)備材料有限公司廠區(qū)工程(一期)——廠房，建筑面積約46351m²，呈“U”字形，單層廠房。由兩邊單跨和中間四聯(lián)跨組成，兩邊單跨跨度均為30m，柱頂標(biāo)高12.3m;中間四聯(lián)跨，柱頂標(biāo)高15.9m和12.3m，跨度均為30m。結(jié)構(gòu)采用輕型門式剛架結(jié)構(gòu)，墻、屋面板采用壓型彩板。基礎(chǔ)采用柱下高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC)，為四樁和五樁復(fù)合承臺，承臺高1m，混凝土采用C30。

廠房按6度設(shè)防，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類。樁基礎(chǔ)施工時場地已平整完畢。

2. 場地工程地質(zhì)狀況

場地屬于剝蝕侵蝕型的壟狀低丘地貌、平緩起伏的山地地形，山嶺之間有V型和U型溝谷。場地地層結(jié)構(gòu)共分如下7層:

2.1 素填土:灰白色，黃色，灰綠色，主要是泥巖碎石塊，顆粒級配較差，較多孔隙，含較多植物根和少量腐殖質(zhì)，很濕，松散，層厚0.5~1m。

2.2 耕植土:灰白色，灰黑色，黃色，主要是粘性土，含較多植物根和少量腐殖質(zhì)，很濕，松散，層厚0.5~1m。

2.3 淤泥:灰黑色，黑色，主要由淤泥組成，含大量腐殖質(zhì)，有腥臭味，高含水量，飽和，流塑~軟塑，局部分布，層厚0.7~0.8m。

2.4 殘坡積粘土:黃色，褐色，含少量全風(fēng)化和強風(fēng)化泥巖團塊及石英顆粒，可塑，稍濕，局部分布，層厚0.3~1.2m。

2.5 全風(fēng)化泥巖:黃色，褐紅色，多風(fēng)化成泥質(zhì)狀，硬塑~半塑化狀態(tài)，整場分布，層厚0.3~3m。

2.6 強風(fēng)化泥巖:黃色，褐紅色，主要礦物為粘土礦物，泥巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖體破碎，泥狀結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，整場分布，層厚1.4~3.9m。

2.7 中風(fēng)化泥巖:黃色，褐紅色，主要礦物為粘土礦物，泥巖結(jié)構(gòu)部分破壞，巖體被切割成塊狀，泥狀結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，整場分布，該層未揭穿。

3. 設(shè)計及參數(shù)

3.1 本工程選用高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC)均選自《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》(03SG409)圖集，管樁設(shè)計參數(shù)如下:

3.1.1 管樁均采用C80高強預(yù)應(yīng)力混凝土。直徑D=400mm(壁厚為95mm)時，樁身承載力設(shè)計值[Ra]=2250KN，樁身承載力特征值Rk=1650KN;直徑D=500mm(壁厚為125mm)時，樁身承載力設(shè)計值[Ra]=3700KN，樁身承載力特征值Rk=2700KN。

3.1.2 設(shè)計樁長約7~17米，以強風(fēng)化泥巖層為樁端持力層，樁端極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值4000KPa，樁周土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值60KPa。

3.1.3 樁端進入持力層≥0.8米。接樁采用焊接，樁頭錨入承臺內(nèi)100mm，在樁頭內(nèi)插入4Ф20鋼筋(D=400mm)和6Ф18鋼筋(D=500mm)，鋼筋長2.0米，其中1.0米錨入樁內(nèi)并澆注C30混凝土封堵。

3.2 樁身承載力的確定。

高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC)單樁樁身豎向承載力是按樁身強度來確定。管樁因外徑、壁厚、混凝土強度等級等因素而承載力不同。

3.2.1 管樁樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計值按下式計算:

R=APfcφ

式中:R—管樁樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計值(KN);

Ap—管樁樁身橫截面面積(mm²);

fc—混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值(MPa);

φ—工作條件系數(shù)，取0.7。

在進行基礎(chǔ)設(shè)計時樁身強度應(yīng)符合下式要求:

QRk

式中Q—相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時的單樁豎向力設(shè)計值(KN)。

3.2.2 管樁樁身結(jié)構(gòu)對應(yīng)的單樁豎向力承載力最大特征值按下式計算:

Rk = R1.35

式中: Rk—管樁樁身結(jié)構(gòu)對應(yīng)的單樁豎向力承載力最大特征值(KN)。

3.2.3 管樁樁身受拉承載力設(shè)計值按下式計算:

Rt=Apy f py

式中: Rt—管樁樁身軸向拉力設(shè)計值(KN);

Apy—預(yù)應(yīng)力鋼筋面積(mm²);

fpy—預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強度設(shè)計值。

3.3 單樁承載力的確定。

單樁承載力根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)計算，具體計算內(nèi)容如下。

3.3.1 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算:

Quk =uΣqsikli+qpkAp

式中:Quk—單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(KN);

u—樁身周長(m);

qsik—樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(KPa);

li—樁周第i層土的厚度(m);

qpk—極限樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值(KPa);

Ap —樁身橫截面積(m²)。

3.3.2 單樁豎向承載力特征值按下式計算:

Ra= 1KQuk

式中:K—安全系數(shù)，取K=2。

3.3.3 在進行樁基礎(chǔ)設(shè)計時承載力應(yīng)符合下式要求:

軸心豎向力作用下:NkRa

偏心豎向力作用下，除滿足上式外，尚應(yīng)滿足下式的要求:

Nmax1.2Ra

式中:Nk——荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合軸心豎向力作用下，復(fù)合樁基的平均豎向力(KN);

Nmax——荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合偏心豎向力作用下，樁頂最大豎向力(KN)。

3.4 樁基礎(chǔ)設(shè)計。

3.4.1 單樁承載力計算。

D=400mm時單樁承載力計算:

Quk =uΣqsikli+qpkAp =π×0.4×60×2+4000×π×0.22=653 KN

Ra= 1KQuk=1 2×653=327KN

D=500mm時單樁承載力計算:

Quk =uΣqsikli+qpkAp=π×0.5×60×2+4000×π×0.252=973 KN

Ra= 1KQuk=1 2×973=487KN

圖1圖2 圖3

3.4.2 復(fù)合樁基豎向力計算和承載力驗算(偏安全均取基本組合計算)

3.4.2.1 四樁承臺樁基(D=400mm)時:

采用探索者軟件計算得復(fù)合樁基的平均豎向力Nk=323KN ，樁頂最大豎向力Nmax=389 KN(樁平面布置見四樁承臺施工圖一)。

因Nk=323 KN

且Nmax=389 KN <

所以樁身承載力和樁的承載力均能滿足要求。

3.4.2.2 四樁承臺樁基(D=500mm)時:

采用探索者軟件計算得復(fù)合樁基的平均豎向力Nk=379KN ，樁頂最大豎向力Nmax=581 KN(樁平面布置見四樁承臺施工圖二)。

因Nk=379 KN

且Nmax=581 KN <

所以樁身承載力和樁的承載力均能滿足要求。

3.4.2.3 五樁承臺樁基(D=500mm)時:

采用探索者軟件計算得復(fù)合樁基的平均豎向力Nk=435KN ，樁頂最大豎向力Nmax=580 KN(樁平面布置見五樁承臺施工圖)。

因Nk=435 KN

且Nmax=580 KN <

所以樁身承載力和樁的承載力均能滿足要求。

4. 樁基礎(chǔ)施工

高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工方法主要有錘擊法、振動法及靜力壓樁法等，以錘擊法應(yīng)用最普遍，本工程采用錘擊法施工。

4.1 施工機械和管樁的施工控制標(biāo)準(zhǔn)。

4.1.1 本工程采用JZB90錘擊樁機配50柴油錘進行試樁和打樁施工。

4.1.2 施工過程采用2臺經(jīng)緯儀90度控制樁身垂直度，1臺水準(zhǔn)儀控制樁頂標(biāo)高及貫入度。

4.1.3 管樁的施工控制標(biāo)準(zhǔn):以貫入度控制為主，樁頂標(biāo)高控制為輔助，最后三陣貫入度均應(yīng)≤50mm /10擊，且樁端應(yīng)進入持力層應(yīng)≥800mm。

4.2 試樁。

正式打樁前，業(yè)主、施工、監(jiān)理、設(shè)計、地勘、質(zhì)檢等有關(guān)人員在施工現(xiàn)場共同進行工藝試樁，確定貫入度、持力層的強度、樁的承載力、收錘標(biāo)準(zhǔn)等重要參數(shù)。

試樁時選擇的樁長根據(jù)地質(zhì)資料均約為10m，實際選擇12m長進行試樁，試樁的最后三陣貫入度均≤50mm /10擊，能滿足本工程樁基礎(chǔ)的設(shè)計要求。

4.3 施工質(zhì)量控制。

4.3.1 打樁前的準(zhǔn)備工作。首先要復(fù)核樁位的軸線、標(biāo)高準(zhǔn)確性;檢查打樁機的型號、壓力表、配重;檢查機械操作的工作環(huán)境、供電情況等。

4.3.2 確定打樁順序。對復(fù)合樁基承臺應(yīng)考慮打樁時的擠土效應(yīng)，不同深度的樁基應(yīng)先深后淺、先大后小、先長后短。施工時要求先施打場地中央的樁，后施打周邊樁。

4.3.3 垂直度的質(zhì)量控制。當(dāng)管樁插入地面和接樁時施工人員要用2臺經(jīng)緯儀，在兩個成90度的側(cè)面觀察，調(diào)整好樁的垂直度。然后開始沉樁，控制垂直度偏差應(yīng)≤0.5%，用1臺水準(zhǔn)儀控制樁頂標(biāo)高及貫入度。在打樁過程中，不允許用樁機械拖樁，以免樁傾斜而影響樁的質(zhì)量。

4.3.4 接樁的質(zhì)量控制。管樁對接前應(yīng)檢查上下端板是否清理干凈。焊接時應(yīng)兩個焊工同時進行，先在坡口圓周上對稱點焊4~ 6點，焊接層數(shù)不得少于兩層，內(nèi)層焊渣須清干凈后方能焊外層，焊縫應(yīng)飽滿連續(xù)。為保證焊縫質(zhì)量，應(yīng)冷卻8分鐘后方可施打，嚴(yán)禁用水冷卻或焊好后立即施打。焊接接樁應(yīng)做好隱蔽工程驗收。

4.3.5 打樁的質(zhì)量控制。打樁時應(yīng)用導(dǎo)板夾具或樁箍將樁嵌固在樁架兩導(dǎo)柱中，樁位置及垂直度經(jīng)校正后，方可將錘連同樁帽壓在樁頂，開始沉樁。樁錘、樁帽與樁身中心線要一致，樁頂不平，應(yīng)用厚紙板墊平或用環(huán)氧樹脂砂漿抹平整。

開始沉樁應(yīng)起錘輕打并輕擊數(shù)錘，觀察樁身、樁架、樁錘等垂直一致，方可轉(zhuǎn)入正常。當(dāng)樁頂標(biāo)高較低，需送樁人土?xí)r，應(yīng)用鋼制送樁器放于樁頭上，錘擊送樁將樁送人土中。

4.3.6 終止打樁的質(zhì)量控制。終止值由樁的設(shè)計承載力特征值確定，本工程樁端持力層為強風(fēng)化泥巖層，施工時以控制貫人度為主，樁端設(shè)計標(biāo)高作參考;當(dāng)貫人度已達到而樁端標(biāo)高未達到時，應(yīng)繼續(xù)錘擊3陣，按每陣≤50mm /10擊的數(shù)值加以確認。

4.3.7 打樁過程的資料控制。打樁過程中應(yīng)詳細記錄各種作業(yè)時間。每打人0.5~lm 的錘擊數(shù)、樁位置的偏斜、最后10擊的平均貫人度和最后lm 的錘擊數(shù)等。樁位要隨打隨記錄，預(yù)防錯打、漏打。

5.樁的檢測

5.1 檢測數(shù)量。

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2003)的規(guī)定:檢測樁身的完整性時檢測樁數(shù)應(yīng)為總樁數(shù)的20%，且不少于10根;檢測單樁承載力時，檢測樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的1%，并不得少于3根。

5.2 檢測方法和結(jié)果。

5.2.1 檢測方法。

5.2.1.1 樁基質(zhì)量無損檢測(低應(yīng)變)。本工程用樁共616根，抽145根樁(占總樁數(shù)的23.5%)采用低應(yīng)變動力檢測反射波法進行檢測，來判斷樁基的質(zhì)量，其包括樁身的完整性(樁身斷裂、樁身各節(jié)的連接情況)及混凝土的質(zhì)量。

5.2.1.2 動測推算單樁承載力(高應(yīng)變)。本工程用樁共616根，抽7根樁(占總樁數(shù)的1.2%)采用高應(yīng)變動力檢測來推算單樁承載力。

5.2.2 檢測結(jié)果。

5.2.2.1 根據(jù)“基樁高、低應(yīng)變動測報告”，低應(yīng)變檢測的145根樁中135根樁實測縱波波形曲線規(guī)律性較好，未見明顯的樁間反射波異常，且均可觀測到樁底反射波信號，表明這135根樁樁身完整(為I類樁)，即連接良好，未出現(xiàn)明顯的樁身質(zhì)量問題;而其余10根出現(xiàn)微裂縫(為II類樁，即樁身有輕微裂縫，但不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮)。

5.2.2.2 根據(jù)“基樁高、低應(yīng)變動測報告”，高應(yīng)變檢測的7根樁樁頂沉降量較小，而且Q~s曲線平穩(wěn)，樁身結(jié)構(gòu)完整，單樁豎向承載力(D=400mm時為Rmin=840KN;D=500mm時為Rmin=1060KN)均能達到樁基礎(chǔ)的設(shè)計要求，均評為I類樁。

6. 結(jié)論

通過本工程的設(shè)計實踐，基本上對高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC)在防城港地區(qū)的地質(zhì)參數(shù)和樁基礎(chǔ)施工的基本控制條件有一定的了解。經(jīng)過樁的試驗所得Q~s曲線等綜合對比分析后，可以得出該工程樁基礎(chǔ)設(shè)計時所采用的地質(zhì)參數(shù)過于保守，導(dǎo)致設(shè)計用的樁端承載力特征值約只用了一半，所以本工程地質(zhì)參數(shù)可在原先參數(shù)的基礎(chǔ)上大大提高、樁基礎(chǔ)設(shè)計可進一步優(yōu)化;但施工樁基礎(chǔ)時貫入度的取值與打樁荷載、落距、樁長、樁的直徑及地質(zhì)構(gòu)造等條件、樁端進入持力層的厚度、樁的承載力等因素有關(guān)，因此還須在實踐中加以摸索。

參考文獻

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[文章編號]1006-7619(2010)05-02-381